Jak zaprogramować dekoder IR do sterowania silnikiem AC o wielu prędkościach: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Jednofazowe silniki prądu przemiennego są zwykle spotykane w artykułach gospodarstwa domowego, takich jak wentylatory, a ich prędkość można łatwo kontrolować, używając wielu dyskretnych uzwojeń dla ustawionych prędkości. W tej instrukcji budujemy cyfrowy kontroler, który pozwala użytkownikom kontrolować takie funkcje, jak prędkość silnika i czas pracy. Ta instrukcja obejmuje również obwód odbiornika podczerwieni, który obsługuje protokół NEC, w którym silnik może być sterowany za pomocą przycisków lub sygnału odbieranego przez nadajnik podczerwieni.

Aby to wykonać, używany jest GreenPAK™, SLG46620 służy jako podstawowy kontroler odpowiedzialny za te różnorodne funkcje: obwód multipleksu do aktywacji jednej prędkości (z trzech prędkości), 3-okresowe liczniki czasu i dekoder podczerwieni do odbioru zewnętrzny sygnał podczerwieni, który wyodrębnia i wykonuje żądane polecenie.

Jeśli spojrzymy na funkcje obwodu, zauważymy kilka dyskretnych funkcji jednocześnie stosowanych: MUX, taktowanie i dekodowanie IR. Producenci często używają wielu układów scalonych do budowy obwodów elektronicznych z powodu braku dostępnego unikalnego rozwiązania w ramach jednego układu scalonego. Zastosowanie układu GreenPAK IC umożliwia producentom wykorzystanie jednego chipa do włączenia wielu pożądanych funkcji, a w konsekwencji zmniejszenie kosztów systemu i nadzór nad produkcją.

System ze wszystkimi jego funkcjami został przetestowany w celu zapewnienia prawidłowego działania. Obwód końcowy może wymagać specjalnych modyfikacji lub dodatkowych elementów dopasowanych do wybranego silnika.

Aby sprawdzić, czy system działa nominalnie, wygenerowano przypadki testowe dla wejść za pomocą emulatora projektanta GreenPAK. Emulacja weryfikuje różne przypadki testowe dla wyjść i potwierdza funkcjonalność dekodera IR. Ostateczny projekt jest również testowany z rzeczywistym silnikiem w celu potwierdzenia.

Poniżej opisaliśmy kroki potrzebne do zrozumienia, w jaki sposób chip GreenPAK został zaprogramowany do stworzenia dekodera IR do sterowania silnikiem AC o wielu prędkościach. Jeśli jednak chcesz tylko uzyskać wynik programowania, pobierz oprogramowanie GreenPAK, aby wyświetlić już ukończony plik projektu GreenPAK. Podłącz zestaw rozwojowy GreenPAK do komputera i naciśnij program, aby utworzyć niestandardowy układ scalony dla dekodera IR do sterowania silnikiem AC o wielu prędkościach.

Krok 1: 3-biegowy silnik wentylatora AC

Silniki trójbiegowe AC to silniki jednofazowe zasilane prądem przemiennym. Są często używane w szerokiej gamie urządzeń domowych, takich jak różne typy wentylatorów (wentylator ścienny, wentylator stołowy, wentylator skrzynkowy). W porównaniu z silnikiem prądu stałego sterowanie prędkością w silniku prądu przemiennego jest stosunkowo skomplikowane, ponieważ częstotliwość dostarczanego prądu musi się zmieniać, aby zmienić prędkość silnika. Urządzenia, takie jak wentylatory i maszyny chłodnicze, zwykle nie wymagają drobnej granulacji prędkości, ale wymagają dyskretnych kroków, takich jak niska, średnia i wysoka prędkość. W tych zastosowaniach silniki wentylatorów AC mają szereg wbudowanych cewek zaprojektowanych dla kilku prędkości, gdzie zmiana z jednej prędkości na drugą odbywa się poprzez zasilenie cewki o pożądanej prędkości.

Silnik, którego używamy w tym projekcie, to 3-biegowy silnik prądu przemiennego, który ma 5 przewodów: 3 przewody do sterowania prędkością, 2 przewody do zasilania i kondensator rozruchowy, jak pokazano na rysunku 2 poniżej. Niektórzy producenci używają standardowych przewodów oznaczonych kolorami do identyfikacji funkcji. Arkusz danych silnika zawiera informacje o konkretnym silniku w celu identyfikacji przewodu.

Krok 2: Analiza projektu

W tej instrukcji układ GreenPAK IC jest skonfigurowany do wykonywania danego polecenia, otrzymanego ze źródła takiego jak nadajnik podczerwieni lub zewnętrzny przycisk, w celu wskazania jednego z trzech poleceń:

On/Off: system jest włączany lub wyłączany przy każdej interpretacji tego polecenia. Stan Wł./Wył. będzie odwracany z każdą narastającą krawędzią polecenia Wł./Wył.

Timer: timer działa przez 30, 60 i 120 minut. Przy czwartym impulsie licznik czasu jest wyłączany, a okres licznika powraca do pierwotnego stanu licznika.

Prędkość: Kontroluje prędkość silnika, kolejno iterując aktywowane wyjście z przewodów wyboru prędkości silnika (1, 2, 3).

Krok 3: Dekoder IR

Obwód dekodera IR jest zbudowany w celu odbierania sygnałów z zewnętrznego nadajnika IR i aktywacji żądanego polecenia. Przyjęliśmy protokół NEC ze względu na jego popularność wśród producentów. Protokół NEC wykorzystuje „odległość impulsu” do kodowania każdego bitu; przesłanie każdego impulsu za pomocą sygnału o częstotliwości nośnej 38 kHz zajmuje 562,5 nas. Przesłanie sygnału logicznego 1 wymaga 2,25 ms, a sygnału logicznego 0 1,125 ms. Rysunek 3 ilustruje transmisję ciągu impulsów zgodnie z protokołem NEC. Składa się z 9 ms serii AGC, potem 4,5 ms przestrzeni, potem 8-bitowego adresu i wreszcie 8-bitowego polecenia. Zauważ, że adres i polecenie są przesyłane dwukrotnie; drugi raz jest uzupełnieniem do 1 (wszystkie bity są odwrócone) jako parzystość, aby zapewnić, że odebrana wiadomość jest poprawna. LSB jest przesyłany jako pierwszy w komunikacie.

Krok 4: Projekt GreenPAK

Odpowiednie bity otrzymanej wiadomości są wyodrębniane w kilku etapach. Na początek, początek komunikatu jest określony z 9ms serii AGC przy użyciu CNT2 i 2-bitowego LUT1. Jeśli zostanie to wykryte, odstęp 4,5 ms jest określany przez CNT6 i 2L2. Jeśli nagłówek jest poprawny, wyjście DFF0 jest ustawione na wysoki, aby umożliwić odbiór adresu. Bloki CNT9, 3L0, 3L3 i P DLY0 są używane do wyodrębnienia impulsów zegarowych z odebranej wiadomości. Wartość bitu jest pobierana na zboczu narastającym sygnału IR_CLK, 0,845ms od zbocza narastającego z IR_IN.

Interpretowany adres jest następnie porównywany z adresem przechowywanym w PGEN przy użyciu 2LUT0. 2LUT0 to bramka XOR, a PGEN przechowuje odwrócony adres. Każdy bit PGEN jest sekwencyjnie porównywany z przychodzącym sygnałem, a wynik każdego porównania jest przechowywany w DFF2 wraz z rosnącym zboczem IR-CLK.

W przypadku wykrycia jakiegokolwiek błędu w adresie, 3-bitowe wyjście zatrzasku LUT5 SR jest zmieniane na wysoki, aby zapobiec porównywaniu reszty wiadomości (polecenie). Jeśli otrzymany adres pasuje do adresu zapisanego w PGEN, druga połowa wiadomości (polecenie i polecenie odwrócone) jest kierowana do SPI, aby można było odczytać i wykonać żądane polecenie. CNT5 i DFF5 są używane do określenia końca adresu i początku polecenia, gdzie ‘Dane licznika’ CNT5 to 18:16 impulsów dla adresu oprócz pierwszych dwóch impulsów (9ms, 4,5ms).

W przypadku, gdy pełny adres, w tym nagłówek, został poprawnie odebrany i zapisany w układzie scalonym (w PGEN), wyjście bramki 3L3 OR daje sygnał Low do pinu nCSB SPI w celu aktywacji. SPI w konsekwencji zaczyna odbierać polecenie.

Układ scalony SLG46620 ma 4 rejestry wewnętrzne o długości 8 bitów, dzięki czemu możliwe jest przechowywanie czterech różnych poleceń. DCMP1 służy do porównywania odebranego polecenia z rejestrami wewnętrznymi i zaprojektowano 2-bitowy licznik binarny, którego wyjścia A1A0 są podłączone do MTRX SEL # 0 i # 1 DCMP1 w celu porównania odebranego polecenia ze wszystkimi rejestrami sukcesywnie i w sposób ciągły.

Dekoder z zatrzaskiem został skonstruowany przy użyciu DFF6, DFF7, DFF8 i 2L5, 2L6, 2L7. Projekt działa w następujący sposób; jeśli A1A0=00 wyjście SPI jest porównywane z rejestrem 3. Jeśli obie wartości są równe, DCM1 daje sygnał High na swoim wyjściu EQ. Ponieważ A1A0=00, aktywuje to 2L5, a DFF6 w konsekwencji wysyła sygnał High wskazujący, że sygnał On/Off został odebrany. Podobnie, dla pozostałych sygnałów sterujących, CNT7 i CNT8 są skonfigurowane jako „Opóźnienie obu zboczy” w celu wygenerowania opóźnienia czasowego i umożliwienia DCP1 zmiany stanu swojego wyjścia, zanim wartość wyjścia zostanie zatrzymana przez DFF.

Wartość komendy On/Off jest przechowywana w rejestrze 3, komenda timera w rejestrze 2, a komenda prędkości w rejestrze 1.

Krok 5: Prędkość MUX

Aby przełączać prędkości, zbudowano 2-bitowy licznik binarny, którego impuls wejściowy jest odbierany przez zewnętrzny przycisk, który jest podłączony do Pin4 lub z sygnału prędkości IR przez P10 z komparatora poleceń. W stanie początkowym Q1Q0 =11, a poprzez podanie impulsu na wejście licznika z 3bitu LUT6, Q1Q0 staje się kolejno 10, 01, a następnie stanem 00. Do pominięcia stanu 00 użyto 3-bitowego LUT7, biorąc pod uwagę, że w wybranym silniku dostępne są tylko trzy prędkości. Sygnał włączenia/wyłączenia musi być wysoki, aby aktywować proces sterowania. W konsekwencji, jeśli sygnał Wł./Wył. jest niski, aktywowane wyjście jest wyłączane, a silnik jest wyłączany, jak pokazano na rysunku 6.

Krok 6: Zegar

Zaimplementowany jest 3-okresowy timer (30 min, 60 min, 120 min). Aby stworzyć strukturę sterowania, 2-bitowy licznik binarny odbiera impulsy z zewnętrznego przycisku timera podłączonego do Pin13 oraz z sygnału timera na podczerwień. Licznik używa Pipe Delay1, gdzie Out0 PD liczba jest równa 1, a Out1 PD liczba jest równa 2, po wybraniu odwróconej polaryzacji dla Out1. W stanie początkowym Out1, Out0 = 10, Timer jest wyłączony. Następnie, poprzez przyłożenie impulsu na wejście CK dla Pipe Delay1, stan wyjścia zmienia się kolejno na 11, 01, 00, odwracając CNT/DLY do każdego aktywowanego stanu. CNT0, CNT3, CNT4 zostały skonfigurowane do działania jako „opóźnienia narastającego zbocza”, których wejście pochodzi z wyjścia CNT1, które jest skonfigurowane do wysyłania impulsu co 10 sekund.

Aby mieć 30-minutowe opóźnienie:

30 x 60 = 1800 sekund ÷ 10 sekund interwałów = 180 bitów

Dlatego dane licznika dla CNT4 to 180, CNT3 to 360, a CNT0 to 720. Po zakończeniu opóźnienia, wysoki impuls jest przesyłany przez 3L14 do 3L11, powodując wyłączenie systemu. Timery są resetowane, jeśli system zostanie wyłączony zewnętrznym przyciskiem podłączonym do Pin12 lub sygnałem IR_ON/OFF.

*Możesz użyć przekaźnika triakowego lub półprzewodnikowego zamiast przekaźnika elektromechanicznego, jeśli chcesz użyć przełącznika elektronicznego.

* Do przycisków użyto sprzętowego debouncera (kondensator, rezystor).

Krok 7: Wyniki

Jako pierwszy krok w ocenie projektu wykorzystano GreenPAK Software Simulator. Na wejściach utworzono wirtualne przyciski i monitorowano zewnętrzne diody LED naprzeciw wyjść na płytce rozwojowej. Narzędzie Signal Wizard zostało użyte do wygenerowania sygnału podobnego do formatu NEC w celu debugowania.

Wygenerowano sygnał o wzorze 0x00FF5FA0, gdzie 0x00FF to adres odpowiadający odwróconemu adresowi zapisanemu w PGEN, a 0x5FA0 to polecenie odpowiadające odwróconemu poleceniu w rejestrze 3 DCMP do sterowania funkcją włączania/wyłączania. Układ w stanie początkowym jest w stanie WYŁĄCZONY, ale po podaniu sygnału odnotowujemy, że układ się włącza. Jeśli w adresie zmieniono pojedynczy bit i sygnał został ponownie zastosowany, zauważamy, że nic się nie dzieje (adres niezgodny).

Rysunek 11 przedstawia płytkę po jednorazowym uruchomieniu Signal Wizarda (z poprawną komendą On/Off).

Wniosek

Ta instrukcja koncentruje się na konfiguracji układu GreenPAK IC zaprojektowanego do sterowania 3-biegowym silnikiem prądu przemiennego. Zawiera szereg funkcji, takich jak prędkości jazdy na rowerze, generowanie 3-okresowego timera i konstruowanie dekodera IR zgodnego z protokołem NEC. GreenPAK wykazał skuteczność w integracji kilku funkcji, wszystko w tanim i małym rozwiązaniu IC.